專利名稱：發(fā)光二極管及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)光元件，尤其涉及一種發(fā)光二極管及其制造方法。
背景技術(shù)：
發(fā)光二極管(Light Emitting Diode ；LED)在高功率照明的運用上，除了須持續(xù)提升亮度外，散熱問題是另一亟需解決的主要問題。當發(fā)光二極管的光取出效率不佳時，無法穿出發(fā)光元件(發(fā)光二極管及其封裝體)的光線會轉(zhuǎn)換為熱能。若無法有效地將此熱能導(dǎo)出發(fā)光元件，發(fā)光二極管在操作時溫度會上升，因而造成元件可靠性問題。為解決發(fā)光元件的散熱問題，對發(fā)光二極管進行封裝時，目前常采用以覆晶接合 (flip-chip bonding)取代傳統(tǒng)的導(dǎo)線接合(wire bonding) 0覆晶接合即直接將發(fā)光二極管芯片面朝下用焊料或者導(dǎo)電膠接合至一導(dǎo)熱基板上。此種方式可使發(fā)光二極管的散熱性能得到提升。然而，現(xiàn)有發(fā)光二極管的芯片較薄，在覆晶接合或后續(xù)加工過程中容易碎裂。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，有必要提供一種較高強度的發(fā)光二極管，并提供一種該發(fā)光二極管的制造方法。一種發(fā)光二極管，包括一發(fā)光二極管芯片，該發(fā)光二極管芯片包括第一半導(dǎo)體層、 第一電極、活性層、第二半導(dǎo)體層及第二電極，該活性層設(shè)于該第一半導(dǎo)體層上，該第二半導(dǎo)體層形成于該活性層上，該第二電極設(shè)于該第二半導(dǎo)體層上，由該第一半導(dǎo)體層、活性層、第二半導(dǎo)體層及第二電極構(gòu)成一疊層，其中該疊層的中部設(shè)有盲孔，該盲孔依次貫穿第二電極、第二半導(dǎo)體層及活性層，并延伸至該第一半導(dǎo)體層內(nèi)，該第一電極設(shè)于第一半導(dǎo)體層上并對應(yīng)設(shè)于該盲孔內(nèi)，該第一電極上設(shè)有一第一支撐層，該第二電極上設(shè)有一第二支撐層，該第二支撐層與第一支撐層相間隔。一種發(fā)光二極管的制造方法，包括如下步驟提供一外延片，該外延片包括一基底及設(shè)于該基底上的一外延層，該外延層包括依次設(shè)于該基底上的一第一半導(dǎo)體層、一活性層及上第二半導(dǎo)體層，該外延片上開設(shè)有至少一盲孔，該盲孔依次貫穿第二半導(dǎo)體層及活性層，并延伸至該第一半導(dǎo)體層內(nèi)；在該盲孔內(nèi)于第一半導(dǎo)體層上制作第一電極，并于該第二半導(dǎo)體層上制作第二電極；以及在第一電極上制作一鍍層以作為第一支撐層，并在第二電極上制作一鍍層為作為第二支撐層。與現(xiàn)有技術(shù)相比，上述發(fā)光二極管中，通過在第一電極及第二電極上分別形成第一支撐層與第二支撐層，可提高發(fā)光二極管芯片的強度。因此，當發(fā)光二極管芯片采用覆晶方式安裝于導(dǎo)熱基板上時，不易碎裂。另外，該第一支撐層以及該第二支撐層還可以增加發(fā)光二極管的散熱功能。


下面參照附圖，結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步描述。
圖1為本發(fā)明發(fā)光二極管第一實施例的剖視結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為用于制造圖1所示發(fā)光二極管的一外延片的俯視圖。圖3為圖2所示外延片沿III-III線的剖視圖。圖4為圖3所示外延片上形成第二電極后的剖視結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為于圖4所示外延片的盲孔內(nèi)及第ニ電極上設(shè)置一絕緣層后的剖視結(jié)構(gòu)示意 圖。圖6為圖5的俯視圖。圖7為于圖5所示外延片的盲孔內(nèi)形成第一電極后的剖視結(jié)構(gòu)示意圖。圖8為于圖7所示發(fā)光二極管芯片的第一電極及第ニ電極上分別形成支撐層后的 剖視結(jié)構(gòu)示意圖。圖9為圖8的俯視圖。圖10為將圖1所示發(fā)光二極管的基底自第一半導(dǎo)體層上移除后的剖視結(jié)構(gòu)示意 圖。圖11為圖10所示發(fā)光二極管經(jīng)表面粗化后的剖視結(jié)構(gòu)示意圖。圖12為本發(fā)明發(fā)光二極管第二實施例的剖視結(jié)構(gòu)示意圖。圖13為本發(fā)明發(fā)光二極管第三實施例的剖視結(jié)構(gòu)示意圖。圖14為用于制造圖13所示發(fā)光二極管的一外延片的俯視圖。圖15為于圖14所示外延片上形成絕緣層后的俯視圖。圖16為圖13所示發(fā)光二極管中的發(fā)光二極管芯片倒裝于導(dǎo)熱基板之前的俯視 圖。圖17為圖13所示發(fā)光二極管去除基底并經(jīng)表面粗化處理后的剖視結(jié)構(gòu)示意圖。主要元件符號說明導(dǎo)熱基板10、10a、40發(fā)光二極管100、2OO外延片101、401夕卜延層102第一接合墊 11、41第二接合墊 12、42發(fā)光二極管芯片 20、50基底21、51第一半導(dǎo)體層 22、52粗化面221、521活性層23、53第二半導(dǎo)體層 24、M第一電極沈、56、Ila第二電極25、55、12a絕緣層27、57第一部分271、571第二部分272、572
第一支撐層第二支撐層
29,59 28,58 291
292,592 30
31,61 32主體部接合部疊層盲孔收容空間
具體實施例方式如圖1所示為本發(fā)明發(fā)光二極管100的第一實施例。該發(fā)光二極管100包括一導(dǎo)熱基板10及采用覆晶方式接合于該導(dǎo)熱基板10上的一發(fā)光二極管芯片20。請一并參閱圖8-9，該發(fā)光二極管芯片20包括一基底21、一第一半導(dǎo)體層22、 一活性層(active layer) 23、一第二半導(dǎo)體層Μ、一第一電極沈、一第二電極25、一絕緣層27、一第一支撐層四及一第二支撐層觀。其中，該發(fā)光二極管芯片20的材料可以為氮化物半導(dǎo)體、III-V族化合物半導(dǎo)體或II-VI族化合物半導(dǎo)體。該第一半導(dǎo)體層22可以為N型半導(dǎo)體層，該第二半導(dǎo)體層M可為P型半導(dǎo)體層，該活性層23可以為多層量子井該基底10材料可為藍寶石(亦即鋁氧化合物，Al2O3)、碳化硅(SiC)、硅(Si)、氧化鋅(ZnO)、氧化鎂(MgO)及砷化鎵(GaAs)等。該第一半導(dǎo)體層22形成于該基底21上，該活性層23形成于該第一半導(dǎo)體層22 上，該第二半導(dǎo)體層M形成于該活性層23上，該第二電極25形成于該第二半導(dǎo)體層M上， 即該第一半導(dǎo)體層22、活性層23、第二半導(dǎo)體層M及第二電極25依次疊置于該基底21上， 從而由該第一半導(dǎo)體層22、活性層23、第二半導(dǎo)體層M及第二電極25構(gòu)成一疊層30。該疊層30上設(shè)有一柱形的盲孔31，該盲孔31由上自下依次貫穿第二電極25、第二半導(dǎo)體層 24及活性層23，并延伸至該第一半導(dǎo)體層22內(nèi)。該第一電極沈形成于第一半導(dǎo)體層22上并位于該盲孔31內(nèi)。所述第一電極沈呈圓柱狀，該第一電極26與第一疊層30之間形成一環(huán)形的收容空間32 (如圖7所示)。該絕緣層27包括一環(huán)形的第一部分271及一第二部分272。絕緣層27的第一部分271覆蓋于盲孔31的周面上，絕緣層27的第二部分272由該第一部分271的頂端周緣水平向外延伸，以將第二電極25靠近盲孔31的一部分覆蓋。該第二支撐層觀形成于該第二電極25 上，并位于該絕緣層27的周邊。該第一支撐層四形成于該第一電極沈上并與第二支撐層 28相間隔。該第一支撐層四包括一主體部291及由該主體部向下延伸的一環(huán)形的接合部四2。該主體部291覆蓋于該第一電極沈的外端面上，主體部的周緣向外延伸以部分覆蓋該絕緣層27的第二部分272，該接合部四2由主體部向下延伸至收容空間32 內(nèi)，所述接合部四2圍設(shè)于第一電極沈的周邊，并位于第一電極沈的周面與絕緣層27的第一部分271之間。所述第一支撐層四與第二支撐層觀大致上同高，即第一支撐層四背向第一電極26的一外端面與第一支撐層觀背向第二電極25的一外端面呈大致同平面設(shè)置。如圖2-3所示，制造該發(fā)光二極管100時，首先提供一外延片101，該外延片101包括基底21及設(shè)于該基底21上的一外延層102，該外延層102包括第一半導(dǎo)體層22、活性層 23及第二半導(dǎo)體層M。外延層102的中央位置設(shè)有盲孔31。該盲孔31可以利用微影技術(shù)以及蝕刻方式制成。如圖4所示，于該外延片101的第二半導(dǎo)體層M上制作第二電極25，該第二電極 25的材料為金(Au)、鎳(Ni)、鈀(Pd)、銀(Ag)、鉬(Pt)、鋁(Al)、銅(Cu)、氧化銦錫(Indium Tin Oxides ；ΙΤ0)、錫(Sn)、鈦(Ti)、銦(In)M (Ge)及鉻(Cr)中的一種，或為上述材料的組合。如圖5-6所示，在外延片101的盲孔31的周面及第二電極25靠近盲孔31的部分上形成絕緣層27。如圖7所示，在盲孔31內(nèi)于第一半導(dǎo)體層22上形成第一電極沈，該第一電極沈可采用與第二電極25相同的材料制成。如圖8-9所示，接著利用電鍍或化學鍍的方法，在第一電極沈上鍍一層金屬以形成第一支撐層四，并在第二電極25上鍍一層金屬以形成第二支撐層28，以及，從而制成該發(fā)光二極管芯片20。該第一支撐層四位于發(fā)光二極管芯片20的中部，該第二支撐層觀圍設(shè)于該第一支撐層四的周邊。該第一支撐層四及第二支撐層觀均由金屬制成，其材料為鎳(Ni)、銅(Cu)、金(Au)、銦(In)或錫(Sn)，第一支撐層四及第二支撐層觀的厚度為 10 μ m以上。請再次參閱圖1，完成第一支撐層四與第二支撐層28的制作后，再提供導(dǎo)熱基板 10，該導(dǎo)熱基板10上設(shè)有第一接合墊11與一第二接合墊12，該第一接合墊11及第二接合墊12的形狀可分別與圖9中所示第一支撐層四及第二支撐層觀的形狀相對應(yīng)。然后，將圖8所示的發(fā)光二極管芯片20倒置后設(shè)于該導(dǎo)熱基板10上，并將該發(fā)光二極管100的第一支撐層四與第二支撐層觀分別與導(dǎo)熱基板10的第一接合墊11及第二接合墊12相接合，從而將發(fā)光二極管芯片20倒裝于導(dǎo)熱基板10上，即采用覆晶方式將發(fā)光二極管芯片20 安裝至導(dǎo)熱基板10上。發(fā)光二極管100中，通過在第一電極沈及第二電極25上分別形成第一支撐層四與第二支撐層觀，該第一支撐層四與第二支撐層觀均由金屬制成，可提高發(fā)光二極管芯片 20的強度。因此，當發(fā)光二極管芯片20采用覆晶方式安裝于導(dǎo)熱基板10上時，不易碎裂， 使得發(fā)光二極管100的良率大為提升。另外，該第一支撐層四與第二支撐層觀還充當反射層，可以將發(fā)光二極管芯片20發(fā)出的光反射至出光面，從而提高出光效率。再則，第一支撐層四的外端面與第二支撐層觀的外端面呈同平面設(shè)置，將發(fā)光二極管芯片20倒裝于導(dǎo)熱基板10上時，可提高接合的可靠度，以提升散熱效率。如圖10-11所示，位于該發(fā)光二極管100出光側(cè)的基底21可以通過激光剝離技術(shù) (laser lift-off)、研磨、蝕刻等方式自發(fā)光二極管芯片20的第一半導(dǎo)體層22上移除。再利用物理或化學的方法，例如激光輻照或化學蝕刻，對第一半導(dǎo)體層22背向活性層23的一外表面進行粗化處理而得到一具凹凸結(jié)構(gòu)的粗化面221，以破壞光線在第一半導(dǎo)體層22內(nèi)的全反射，從而進一步提升發(fā)光二極管100的出光效率。由于發(fā)光二極管100設(shè)有第一支撐層四與第一支撐層觀，移除該基底21時，發(fā)光二極管芯片20亦不易碎裂。發(fā)光二極管100中，由于第一支撐層四的外端面與第二支撐層觀的外端面呈同平面設(shè)置，從而導(dǎo)熱基板10亦可以不包含第一、第二接合墊11、12。如圖12所示為本發(fā)明發(fā)光二極管的第二實施例。本實施例中，導(dǎo)熱基板IOa上未設(shè)置接合墊而包含一電路結(jié)構(gòu)， 該電路結(jié)構(gòu)包括一第一電極Ila與一第二電極12a，其中發(fā)光二極管芯片20直接安裝在導(dǎo)熱基板IOa上，且發(fā)光二極管芯片20的第一支撐層四與第二支撐層觀分別與導(dǎo)熱基板 IOa的電路結(jié)構(gòu)的第一電極Ila與第二電極12a電連接。相較于現(xiàn)有技術(shù)，可以不需在導(dǎo)熱基板IOa上額外制作接合墊，而是直接于發(fā)光二極管100上形成支撐層觀、29并直接黏著于導(dǎo)熱基板IOa上并電連接導(dǎo)熱基板IOa的電路結(jié)構(gòu)，如此一來，不僅可以降低組件的高低差，亦可以去除于導(dǎo)熱基板IOa上制作接合墊的時間以及成本。如圖13所示為本發(fā)明發(fā)光二極管200的第三實施例。該發(fā)光二極管200包括一導(dǎo)熱基板40及采用覆晶方式接合于該導(dǎo)熱基板40上的一具較大尺寸的發(fā)光二極管芯片50， 該發(fā)光二極管芯片50的結(jié)構(gòu)與第一實施例中發(fā)光二極管芯片20的結(jié)構(gòu)相似，同樣包括基底51、第一半導(dǎo)體層52、活性層53、第二半導(dǎo)體層M、第二電極55、第一電極56、絕緣層57、 第一支撐層59及第二支撐層58。兩者之間的區(qū)別在于本實施例中的發(fā)光二極管芯片50 中，第一電極56的數(shù)量為四個(圖13所示剖視圖中僅示出兩個)，且呈矩陣排列。本實施例的發(fā)光二極管200同樣可按照第一實施中所述的制造方法制成，只不過在制造本實施例中的發(fā)光二極管200時，所提供的外延片401上需要設(shè)置四個盲孔61 (如圖14所示)，并且在每個盲孔61中形成一第一電極56。在制作絕緣層57時，絕緣層57包括位于第一電極56的周面與對應(yīng)的盲孔61的周面之間的若干第一部分571、以及位于第二電極陽與第一支撐層59之間且連為一體的一第二部分572 (如圖13與15所示)。另外， 第一支撐層59同時覆蓋四個第一電極56，并由絕緣層57將第一支撐層59與第二電極55 相絕緣，且第一支撐層59對應(yīng)每一第一電極56設(shè)有一接合部592。該第二支撐層58圍設(shè)于該第一支撐層59的周邊并與第一支撐層59相間隔(圖13與圖16所示)。本實施例中， 第一支撐層59背向第一電極56的一外端面與該第二支撐層58背向第二電極55的一外端面亦呈同平面設(shè)置。該發(fā)光二極管芯片50設(shè)于導(dǎo)熱基板40上時，第一支撐層59及第二支撐層58亦分別與導(dǎo)熱基板40上的一第一接合墊41及一第二接合墊42相接合(圖13所示)。該發(fā)光二極管芯片50中，第一電極56的數(shù)量及布置方式并不局限如此，還可根據(jù)具體需求對第一電極56的數(shù)量及布置方式做相應(yīng)的改變，例如第一電極56的數(shù)量為3個并呈三角形排列，或第一電極56的數(shù)量為5個并呈環(huán)形排列。如圖17所示，為提高該發(fā)光二極管200的出光效率，亦可以將基底51自第一半導(dǎo)體52上移除，并對第一半導(dǎo)體層52的表面進行粗化處理而得到一具凹凸結(jié)構(gòu)的粗化面 521。另外，本領(lǐng)域技術(shù)人員還可在本發(fā)明精神內(nèi)做其它變化，當然，這些依據(jù)本發(fā)明精神所做的變化，都應(yīng)包含在本發(fā)明所要求保護的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)光二極管，包括一發(fā)光二極管芯片，該發(fā)光二極管芯片包括第一半導(dǎo)體層、第一電極、活性層、第二半導(dǎo)體層及第二電極，該活性層設(shè)于該第一半導(dǎo)體層上，該第二半導(dǎo)體層形成于該活性層上，該第二電極設(shè)于該第二半導(dǎo)體層上，由該第一半導(dǎo)體層、活性層、 第二半導(dǎo)體層及第二電極構(gòu)成一疊層，其特征在于該疊層的中部設(shè)有盲孔，該盲孔依次貫穿第二電極、第二半導(dǎo)體層及活性層，并延伸至該第一半導(dǎo)體層內(nèi)，該第一電極設(shè)于第一半導(dǎo)體層上并對應(yīng)設(shè)于該盲孔內(nèi)，該第一電極上設(shè)有一第一支撐層，該第二電極上設(shè)有一第二支撐層，該第二支撐層與第一支撐層相間隔。
2.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其特征在于該第一電極的周面與疊層之間設(shè)有一絕緣層，該絕緣層將第一電極與疊層的活性層、第二半導(dǎo)體層及第二電極相絕緣。
3.如權(quán)利要求2所述的發(fā)光二極管，其特征在于該絕緣層設(shè)于盲孔的周面，絕緣層的外端周緣向外延伸以部分覆蓋第二電極。
4.如權(quán)利要求1至3項中任意一項所述的發(fā)光二極管，其特征在于該第一支撐層向第一電極延伸形成一接合部，該接合部覆蓋于第一電極的周面。
5.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其特征在于該盲孔的數(shù)量為兩個以上，該第一電極的數(shù)量與該第一電極的盲孔相等并對應(yīng)設(shè)于所述盲孔內(nèi)，該第一支撐層覆蓋全部的第一電極。
6.如權(quán)利要求5所述的發(fā)光二極管，其特征在于該發(fā)光二極管上設(shè)有一絕緣層，該絕緣層包括位于第一電極的周面與對應(yīng)盲孔的周面之間的若干第一部分、以及位于第二電極與第一支撐層之間的一第二部分，該絕緣層的第一部分將第一電極與疊層的活性層、第二半導(dǎo)體層及第二電極相絕緣，該絕緣層的第二部分將第一支撐層與第二電極相絕緣。
7.如權(quán)利要求5或6所述的發(fā)光二極管，其特征在于該第一支撐層對應(yīng)每一第一電極向相應(yīng)的盲孔內(nèi)延伸形成一接合部，該接合部覆蓋于第一電極的周面。
8.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其特征在于該第一半導(dǎo)體層具有背向活性層的一出光側(cè)，該出光側(cè)形成有一具凹凸結(jié)構(gòu)的粗化面。
9.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其特征在于還包括一導(dǎo)熱基板，該發(fā)光二極管芯片采用覆晶方式安裝于該導(dǎo)熱基板上，且該導(dǎo)熱基板上設(shè)有一第一接合墊及一第二接合墊，該第一接合墊及第二接合墊分別與第一支撐層及第二支撐層接合。
10.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其特征在于還包括一導(dǎo)熱基板，該發(fā)光二極管芯片采用覆晶方式安裝于該導(dǎo)熱基板上，且該導(dǎo)熱基板上設(shè)有電路結(jié)構(gòu)，該電路結(jié)構(gòu)與該第一支撐層及該第二支撐層接合。
11.一種發(fā)光二極管的制造方法，包括如下步驟提供一外延片，該外延片包括一基底及設(shè)于該基底上的一外延層，該外延層包括依次設(shè)于該基底上的一第一半導(dǎo)體層、一活性層及上第二半導(dǎo)體層，該外延片上開設(shè)有至少一盲孔，該盲孔依次貫穿第二半導(dǎo)體層及活性層，并延伸至該第一半導(dǎo)體層內(nèi)；在該盲孔內(nèi)于第一半導(dǎo)體層上制作第一電極，并于該第二半導(dǎo)體層上制作第二電極;以及在第一電極上制作一鍍層以作為第一支撐層，并在第二電極上制作一鍍層為作為第二支撐層。
12.如權(quán)利要求11所述的發(fā)光二極管的制造方法，其特征在于還包括在制作該第一支撐層及該第二支撐層之前于盲孔的周面設(shè)置一絕緣層的步驟，且該絕緣層的頂端周緣向外延伸以部分覆蓋該第二電極，該第一支撐層向盲孔內(nèi)延伸形成一接合部，該接合部位于該絕緣層與第一電極之間。
13.如權(quán)利要求11所述的發(fā)光二極管的制造方法，其特征在于還包括在該第一半導(dǎo)體層形成一出光側(cè)，該出光側(cè)具凹凸結(jié)構(gòu)的粗化面。
全文摘要
一種發(fā)光二極管，包括一發(fā)光二極管芯片，該發(fā)光二極管芯片包括第一半導(dǎo)體層、第一電極、活性層、第二半導(dǎo)體層及第二電極，該活性層設(shè)于該第一半導(dǎo)體層上，該第二半導(dǎo)體層形成于該活性層上，該第二電極設(shè)于該第二半導(dǎo)體層上，由該第一半導(dǎo)體層、活性層、第二半導(dǎo)體層及第二電極構(gòu)成一疊層，其中該疊層的中部設(shè)有盲孔，該盲孔依次貫穿第二電極、第二半導(dǎo)體層及活性層，并延伸至該第一半導(dǎo)體層內(nèi)，該第一電極設(shè)于第一半導(dǎo)體層上并對應(yīng)設(shè)于該盲孔內(nèi)，該第一電極上設(shè)有一第一支撐層，該第二電極上設(shè)有一第二支撐層，該第二支撐層與第一支撐層相間隔。本發(fā)明還涉及一種制造該發(fā)光二極管的方法。
文檔編號H01L33/62GK102237473SQ20101016594
公開日2011年11月9日 申請日期2010年5月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月7日
發(fā)明者沈佳輝, 洪梓健 申請人:展晶科技(深圳)有限公司, 榮創(chuàng)能源科技股份有限公司